Физики назвали возможную причину экстремально холодных зим в Европе в будущем

Работа выполнена при участии сотрудников лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ, созданной в рамках программы мегагрантов Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Atmospheric Chemistry and Physics.

Извержение вулкана Хунга Тонга – Хунга Хаапай, который находится в Тихом океане, недалеко от Королевства Тонга, произошло 15 января 2022 года. Это событие вызвало цунами, из-за которых погибли два человека в Перу, пропали без вести 150 жителей островов Манго и Атата, а также пострадали три американских рыбака. По словам ученых, это событие привело к выбросу в стратосферу рекордного количества водяного пара и умеренного количества диоксида серы. Попав в сухую стратосферу, он вызвал сложные химические и физические изменения, которые ощущались даже в таких далеких местах, как Европа. Из-за воздействия газов произошли также изменения в атмосферной циркуляции, составе и температуре.

Как отмечают исследователи, обычно извержения вулканов вызывают зимой потепление поверхности Земли над Евразией и изменение погоды в Северном полушарии. Однако в случае с Хунга Тонга – Хунга Хаапай выраженного тропического потепления нижней стратосферы не наблюдалось из-за незначительного количества выброшенной серы.

«Используя химическое моделирование климата, мы смогли продемонстрировать, что чрезвычайно высокая концентрация водяного пара в верхней стратосфере и нижней мезосфере тропиков вызывает значительные аномалии озона и температуры, что в итоге оказало сильное влияние на воздушный поток. В частности, атмосферные изменения привели к ослаблению северного полярного вихря зимой после извержения. По мере его ослабления возрастает вероятность чрезвычайно холодной зимней погоды в Европе, Северной Америке и Азии», — объяснил руководитель Лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ Евгений Розанов.

Международная группа ученых, в состав которой вошел физик Санкт-Петербургского университета Евгений Розанов, проанализировала и смоделировала возможные последствия этого события. Для оценки влияния извержения вулкана на состав и динамику стратосферы ученые использовали набор ансамблевых симуляций чувствительности, выполненных с помощью модели системы Земли SOCOLv4. Она связывает атмосферу, океан, аэрозоли и химические процессы через интерактивные взаимодействия. При этом учитываются динамика, радиационные эффекты и микрофизика процессов, чтобы прогнозировать изменения климата и озонового слоя под влиянием антропогенных и природных факторов.

Численная модель атмосферы рассчитывает химический состав, используя данные о выбросах газов в результате человеческой деятельности, вулканической, биогеохимической активности и солнечного излучения. В модуль, ответственный за расчет химического состава, включаются десятки примесей, связанных сотнями реакций. Все газовые примеси переносятся атмосферными движениями и выводятся из атмосферы в процессе влажного и сухого оседания.

Благодаря серии наблюдений за показателями и их динамикой, ученые пришли к выводу, что извержение вулкана Хунга Тонга – Хунга Хаапай существенно изменило радиационный баланс, фотохимию и динамику стратосферы и нижней мезосферы.

Все это, по мнению авторов исследования, может быть причиной, по которой зимы в Европе в последние годы стали холоднее. Так, в начале 2023 года была нестабильной и в некоторых регионах наблюдалась аномально низкая температура. Например, в Ярославле термометр показывал -34.1 градуса, а в Осло средняя температура упала до -12  градусов, что ниже среднего значения за последние 30 лет. По прогнозу исследователей, водный пар будет оказывать влияние и дальше и вернется к нормальным значениям, зафиксированным до извержения, только в 2031 году.

При этом точных измерений погодных условий разработанная модель предсказать не может, однако позволяет сделать предположения, что после подобных извержений следует ожидать холодную зиму в будущем. По мнению ученых, эти результаты наглядно демонстрируют, что даже относительно краткосрочные события могут оказывать глубокое и долгое воздействие на климатическую систему.

В дальнейших работах исследователи СПбГУ планируют продолжить применение модели, чтобы выяснить, повлияло ли извержение вулкана и на другие полярные вихри.